100-3-07

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ Київський національний університет будівництва та архітектури

ФІЗИЧНА ХІМІЯ

Завдання до самостійної роботи

для студентів спеціальності 7.092104 „ Технологія будівельних конструкцій, виробів і матеріалів”

Київ 2007

ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ

Фізична хімія вивчає області хімії і фізики, знання яких необхідне в подальшій виробничій і науковій діяльності інженератехнолога. Техніка будівництва удосконалюється не тільки у напрямку механізації процесів будівельного виробництва, але й шляхом його хімізації, тобто створення нових матеріалів: значного посилення ролі хімічних і фізико-хімічних процесів у будівництві.

У методичних вказівках розглянуто основні питання, які необхідно вивчити за окремими розділами курсу фізичної хімії.

Для засвоєння курсу фізичної хімії велике значення мають розрахункові завдання. Виконання їх повинне навчити студентів застосуванню теоретичних положення курсу до розв’язання практичних задач.

Завдання для самостійної роботи містять основні типи задач з шести розділів курсу фізичної хімії. Задачі складені в 30-ти варіантах, кожний студент виконує задачі того варіанту, номер якого відповідає порядковому номеру студента за списком групи.

Для розв’язання задач студенту необхідно детально опрацювати теоретичний матеріал, а також звернути увагу на довідкову літературу, подану в завданнях до самостійної роботи.

3

Самостійна робота

КРИСТАЛИ Й РІДИНИ

Запитання для самоконтролю

1.Основні властивості кристалів.

2.Відмінність властивостей кристалічних тіл від аморфних.

3.Основні типи кристалічних решіток: гексагональні, об’ємноцентровані й гранецентровані.

4.Різниця між молекулярними, іонними, атомними й металічними кристалічними решітками.

5.Ізоморфне заміщення в кристалах і його практичне використання.

6.Явище поліморфізму. Навести приклади.

7.Енергія кристалічної решітки.

8.Особливості будови силікатів.

9.Теплоємність кристалів.

10.Розрахунок теплоємності речовин у кристалічному стані. Правила Дюлонга – Пті та Копла – Неймана.

11.Характеристика рідкого стану.

12.В’язкість рідини та методи її вивчення. 13. Поверхневий натяг. Методи визначення. 14.Випаровування та кипіння рідини.

15.Тиск насиченої пари. Залежність між тиском пари й температурою. 16.Теплота випаровування рідини. Правило Трутона.

Індивідуальні завдання

Варіант 1

1. Як визначити поверхневий натяг бензолу, якщо відомо, що маса його 42 краплин, які знаходяться в об’ємі між верхньою й нижньою позначками сталагмометра, становить 1,56722 г? Маса 30 крапель води в тому самому об’ємі становить 2,8180 г. Температура становить 20 оС.

4

2. Визначити молярну й питому теплоту випаровування толуолу, якщо температура кипіння його при нормальному атмосферному тиску становить 110,6 оС.

Варіант 2

1.Який із розчинів етилового спирту у воді буде мати більше значення поверхневого натягу, якщо відомо, що маси розчинів, які випущені зі сталагмометра, становлять 4,6218; 4,6162; 4,3918 г, а кількість крапель відповідно – 41, 57, 75?

2. Розрахуйте динамічну в’язкість розчину спирту при кімнатній температурі (22 оС), якщо він протікає через віскозиметр протягом 6 хв 38 с, а такий самий об’єм води у тих самих умовах – 1 хв 45 с. Густина розчину – 809 кг/м3 .

Варіант 3

1.Як зміниться поверхневий натяг ацетилхлориду при підвищенні температури від 14,8 до 46,2 оС, якщо відомо, що при 14,8оС ацетилхлорид (ρ=1124 кг/м3 ) підіймається у капілярній трубці радіусом 0,1425 мм на висоту 32,8 мм? При 46,2 оС ця сама рідина в цій самій трубці підіймається на висоту 28,5 мм; густина її при цьому дорівнює 1064 кг/м3.

2.Знайти в’язкість органічної рідини густиною 800 кг/м3, якщо час витікання її з віскозиметра становить 1,52 хв. Час витікання такого самого об’єму води при тій самій температурі (20 оС) – 2,25 хв.

Варіант 4

1.Густина масла при температурі 50 оС дорівнює 1045 кг/м3, а густина води при цій температурі – 988 кг/м3. Масло протікає через віскозиметр за 2 хв 30,6 с, а для витікання такого самого об’єму води при тій самій температурі необхідно 14 с. Розрахувати динамічну в’язкість масла при температурі 50оС.

5

2. Розрахувати поверхневий натяг гліцерину, якщо в капілярі радіусом 0,4·10-3 м він піднявся на висоту 26,8·10-3 м (ρ = 1,23·103 кг/м3).

Варіант 5

1.До якої висоти підіймається вода в скляному капілярі діаметром 10-4 м, якщо поверхневий натяг її при температурі 15 оС становить 73,26·10-3 Н/м ?

2.Визначити молярну й питому теплоти випаровування нафталіну, якщо нормальна температура кипіння його 217,9 оС.

Варіант 6

1.Поверхневий натяг нормального гексану становить 18,43·10-3 Н/м при температурі 20 оС, а його густина при цій самій температурі – 0,66· 103 кг/м3. Який радіус капіляра, в якому рідина піднімається на висоту 1,5·10-3 м?

2.Чотирихлористий вуглець кипить при нормальному атмосферному тиску. Визначити його молярну й питому теплоти випаровування.

Варіант 7

1.Густина гексану при температурі 20 оС дорівнює 0,684·103 кг/м3, а густина води – 0,998 ·103 кг/м3. Деяка кількість гексану протікає через віскозиметр за 83,9 с, а для витікання такого самого об’єму води за тих самих умов необхідно 142,1 с. Розрахуйте динамічну в’язкість гексану при 20 оС.

2.Визначити молярну й питому теплоти випаровування орто- й параксилолу, якщо їх температури кипіння рівні відповідно 144 і 138 оС.

6

Варіант 8

1.Розрахувати поверхневий натяг толуолу при температурі 50 оС, якщо при повільному випусканні його зі сталагмометра маса 38 крапель становить 1,4864·10-3 кг. При витіканні з того самого сталагмометра води при тій самій температурі маса 25 крапель її становить 2,657·10-3 кг.

2.Визначити молярну й питому теплоту випарування хлорбензолу при його нормальній температурі кипіння 132 оС, враховуючи, що до хлорбензолу можна застосовувати правило Трутона.

Варіант 9

1.Поверхневий натяг метилового спирту при температурі 20 оС становить 22,6·10-3 Н/м, а густина при тій самій температурі – 0,66 ·103 кг/м3. Чому дорівнює радіус капіляра, в якому ця рідина піднімається на висоту 1,5·10-2 м?

2. Нормальна температура кипіння бромбензолу становить 156,15 оС. Визначити його молярну й питому теплоти випаровування.

Варіант 10

1.Розрахувати поверхневий натяг ацетону, беручи до уваги, якщо густина рідкого ацетону дорівнює 0,79·103 кг/м3, а в капілярній трубці радіусом 0,234·10-3 він підіймається на висоту 2,56·10-2 м .

2.В яких умовах швидше випаровується рідина: у вакуумі чи на повітрі при однаковій температурі? Відповідь пояснити.

Варіант 11

1.Чому дорівнює поверхневий натяг бензолу, якщо в трубці радіусом 0,18943·10-3 м він підіймається на висоту 36,65·10-3 м? Густина бензолу – 0,88 ·103 кг/м3?

2.Чим відрізняється кристалічна решітка NaCl від кристалічної решітки Na?

7

Варіант 12

1.Щоб випустити воду з капіляра, необхідно 10 хв. при температурі 25оС. Скільки часу потрібно, щоб випустити з тієї самої піпетки етиловий спирт? Густина етилового спирту при даній температурі становить 0,789·103 кг/м3. Динамічна в’язкість води й спирту відповідно дорівнюють 1,09·10-3 та 0,894·10-3 Па·с.

2.Галогеніди літію киплять при наступних значеннях температури: LiF – 1717 оС, LiCl – 1383 оС, LiBr – 1289 оС, LiJ – 1178 оС.

Чи співпадає ця послідовність з очікуваною? Відповідь пояснити.

Варіант 13

1. Розрахувати поверхневий натяг аніліну, якщо середня маса краплини, яка падає з трубки сталагмометра радіусом 1,57·10-3 м, складає 41,082·10-6 кг.

2.Поясніть, як відрізняються твердість, електрична провідність і температура плавлення таких речовин: BаCl2; Ni; S, C (алмаз).

Варіант 14

1.Маса 36 краплин розтопленого нафталіну (Ттоп = 80,2 оС) при повільному витіканні зі сталагмометра становила 2,45·10-3 кг, маса

однієї краплини води, випущеної з цього сталагмометра при такій самій температурі – 0,1321 ·10-3 кг. Розрахувати поверхневий натяг нафталіну при даній температурі.

2.Експериментально встановлена така залежність між температурою й в’язкістю гліцерину: 30оС – 0,662 Па·с, 25 оС – 0,942 Па·с. Чим це обумовлено?

Варіант 15

1. Знайти поверхневий натяг аніліну, якщо за допомогою сталагмометра отримані такі дані: кількість крапель аніліну – 42, кількість крапель води – 18. Густина аніліну становить 1,4·103 кг/м3, води – 10 3 кг/м3.

8

2. Поясніть, чим зумовлена різниця між в’язкістю таких нерозгалужених вуглеводнів, Па·с: пентан – 0,225 ·10-3; гексан – 0,313 ·10-3;

гептан – 0,397 ·10-3; октан – 0,546 ·10-3.

Варіант 16

1.Розрахувати динамічну в’язкість бензолу при 20оС, якщо він протікає через віскозиметр протягом 91,5 с. Час проходження такого самого об’єму води при тій самій температурі – 2 хв 4,2 с (густина бензолу ρ = 879 кг/м3).

2.Температура кипіння гексану 69 оС. Обчислити молярну й питому теплоти випаровування.

Варіант 17

1.Трикальцієвий силікат має полікристалічну будову. Чи володіє ця речовина анізотропією властивостей.

2.Поверхневий натяг піридину при 20оС 38,0·10-3 Н/м, густина при цій температурі – 982 кг/м3. Чому дорівнює радіус капіляра, в якому рідина може піднятися на 0,016 м?

Варіант 18

1.Визначити кількість найближчих сусідів у атомних кристалах для об’ємноцентрованої та гранецентрованої кубічних решіток.

2.При сталагмометричному визначенні поверхневого натягу керосину в якості стандартної рідини використовували тетрахлоретан. Обчислити поверхневий натяг керосину, якщо при 20 оС кількість крапель тетрахлоретану дорівнює 74, а кількість крапель керосину –

38.Густина керосину – 815,0 кг/м3.

9

Варіант 19

1.Нафтопродукт густиною 925 кг/м3 витікає з віскозиметра Освальда за 54 с. Яка динамічна в’язкість цього нафтопродукту, якщо толуол із того самого приладу витікає при 20 оС за 13 с?

2.Визначити молярну теплоємність негашеного вапна, якщо відомо, що теплоємність кальцію й кисню відповідно дорівнюють

26,25 і 29,00 Дж/(моль·К).

Варіант 20

1. Розрахувати енергію іонної кристалічної решітки хлориду калію, якщо відомо, що радіус іону К+ дорівнює 1,33·10-10 м, а радіус іону Cl- – 1,81 ·10-10 м.

2. Визначити молярну теплоємність карбонату кальцію, якщо відомо, що теплоємності кальцію, кисню, вуглецю, дорівнюють відповідно 26,25; 29,00; 6,1 Дж/(моль·К).

Варіант 21

1.Кристалічний оксид силіцію (IV) після розплавлення й швидкого охолодження перетворюється в прозору скловидну масу. Пояснити чому змінюються властивості SiO2 при цьому перетворенні.

2.Визначити молярну теплоємність карбіду кальцію, якщо відомо, що теплоємність кальцію і вуглецю відповідно дорівнюють

26,25; 6,1 Дж/(моль·К).

Варіант 22

1. Визначити енергію іонної кристалічної решітки оксиду кальцію. Іонні радіуси кальцію й кисню відповідно дорівнюють

0,99·10-10 та 1,40·10-10 м.

2. Динамічна в’язкість повітря при 20оС – 0,0180 ·10-3 Па·с. Чому дорівнює кінематична в’язкість повітря, якщо його густина при 20оС –

1,205 кг/м3?

10